JP2020533634A - An image forming method on a plurality of planes using a varifocal lens and an image forming device that realizes the method. - Google Patents

An image forming method on a plurality of planes using a varifocal lens and an image forming device that realizes the method. Download PDF

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Abstract

本発明の複数平面の可変焦点レンズを用いる像形成方法は、任意の光源から発せられる複数の光線が、当該複数の光線の一部を反射又は透過する観察物体1に向けられ、少なくとも1つの発散型又は収束型のAGRINレンズ6’と、古典的又はAGRIN型の少なくとも1つの収束レンズとが配置された光路上において、観察物体1の一部で反射されるか又は観察物体1の一部を透過される光線がAGRINレンズ6’を透過し、観察物体1の残りの部分で反射されるか又は観察物体1の残りの部分を透過される光線は、AGRINレンズ6’を透過しないが、均一屈折率分布∇nの領域のAGRIN板5を通過し、少なくとも1つの古典的な収束レンズ又はAGRIN型収束レンズを以前透過したか又は透過する光線の全てはAGRIN板5を透過する。【選択図】図2In the image forming method using the multi-plane variable focus lens of the present invention, a plurality of light rays emitted from an arbitrary light source are directed to the observation object 1 that reflects or transmits a part of the plurality of light rays, and at least one divergence is emitted. A part of the observation object 1 is reflected or a part of the observation object 1 is reflected on an optical path in which a type or convergence type AGRIN lens 6'and at least one classical or AGRIN type convergence lens are arranged. Light that is transmitted passes through the AGRIN lens 6'and is reflected by the rest of the observation object 1 or is transmitted through the rest of the observation object 1 and does not pass through the AGRIN lens 6', but is uniform. All light rays that have passed through the AGRIN plate 5 in the region of the refractive index distribution ∇n and previously transmitted or transmitted through at least one classical convergent lens or AGRIN type convergent lens pass through the AGRIN plate 5. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明の目的は、可変焦点レンズを使用することにより複数の平面に像を形成する方法と、この方法を実現する像形成装置であり、光学産業における利用可能性を持つことである。 An object of the present invention is a method of forming an image on a plurality of planes by using a varifocal lens, and an image forming apparatus that realizes this method, and has a possibility of being used in the optical industry.

新しい技術の必要性が高まっているため、古典的なレンズの固定的な焦点距離fの限界を克服するために、多くの異なる解決策が提案されてきた。それらの1つは、イスラエル、ヘルズリヤのNuLens Ltd(ニューレンズリミテッド)のNuLens(登録商標)眼内レンズの刊行物である、米国特許公開20070244561号(特許文献1)にて議論された人工弾性眼内レンズである。 As the need for new techniques increases, many different solutions have been proposed to overcome the limitations of the fixed focal length f of classical lenses. One of them is the artificial elastic eye discussed in US Patent Publication No. 20070244561 (Patent Document 1), which is a publication of NuLens (registered trademark) intraocular lens of NuLens Ltd (New Lens Limited) in Herzliya, Israel. It is an intraocular lens.

米国特許出願公開第2007/244561号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2007/244561 ポーランド国特許発明第191979号明細書Polish Patent Invention No. 1979 1979

Chen J., Wang W., Fang J., Varahramyan K. "Variable-focusing microlens with microfluidic chip" J. Micromech icroeng. 14 (2004) 675-680Chen J., Wang W., Fang J., Varahramyan K. "Variable-focusing microlens with microfluidic chip" J. Micromech icroeng. 14 (2004) 675-680 Agarwal M., Gunasekaran R.A., Coane P., Varahramyan K. "Polymer-based variable focal length microlens system" J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1665-1673Agarwal M., Gunasekaran R.A., Coane P., Varahramyan K. "Polymer-based variable focal length microlens system" J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1665-1673 Zhang D.-Y., Lien V, Berdichevsky Y., Choi J., Lo Y.-H. "Fluidic adaptive lens with high focal length tenability" Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 3171-3172Zhang D.-Y., Lien V, Berdichevsky Y., Choi J., Lo Y.-H. "Fluidic adaptive lens with high focal length tenability" Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 3171-3172 Won S., Lee L.P. "Focal Length Control by Microfabricated Planar Electrodes-based Liquid Lens (μPELL)" Proc. 11th Int. Conf. Solid State Sens. Act. Trans. 1342 (2001) 1348- 1351Won S., Lee L.P. "Focal Length Control by Microfabricated Planar Electrodes-based Liquid Lens (μPELL)" Proc. 11th Int. Conf. Solid State Sens. Act. Trans. 1342 (2001) 1348- 1351 Berge B. "Liquid lens technology: principle of electrowetting based lenses and applications to imaging" Proc. 18th IEEE Int. Conf. Mic. Elec. Mech. Syst. 2005, 227-230Berge B. "Liquid lens technology: principle of electrowetting based lenses and applications to imaging" Proc. 18th IEEE Int. Conf. Mic. Elec. Mech. Syst. 2005, 227-230 Cheng C.C., Chang C.A., Yeh J.A. "Variable focus dielectric liquid droplet lens" Opt. Express 14 (2006) 4101-4106Cheng C.C., Chang C.A., Yeh J.A. "Variable focus dielectric liquid droplet lens" Opt. Express 14 (2006) 4101-4106 Angelini, A., Pirani, R, Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. "Light- driven liquid microlens" Proc. of SPIE 10106, 1010610 (2017)Angelini, A., Pirani, R, Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. "Light-driven liquid microlens" Proc. Of SPIE 10106, 1010610 (2017) Kielich S. "Molecular nonlinear optics" PWN, Warszawa-Poznan, 1977Kielich S. "Molecular nonlinear optics" PWN, Warszawa-Poznan, 1977 Angelini, A., Pirani, F., Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. "Light-driven liquid microlens" Proc. of SPIE 10106, 1010610 (2017)Angelini, A., Pirani, F., Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. "Light-driven liquid microlens" Proc. Of SPIE 10106, 1010610 (2017)

レンズの形状は、人間の目の筋肉の圧力によって変化する。別のものは、レンズの弾性屈折面の変形に基づいて動作する、可変焦点距離のポリマーレンズであり、a)Chen J., Wang W., Fang J., Varahramyan K. “Variable-focusing microlens with microfluidic chip” J. Micromech Microeng. 14 (2004) 675-680(非特許文献1)、b)Agarwal M., Gunasekaran R.A., Coane P., Varahramyan K. “Polymer-based variable focal length microlens system” J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1665-1673.(非特許文献2)、c) Zhang D.-Y., Lien V., Berdichevsky Y., Choi J., Lo Y.-H. “Fluidic adaptive lens with high focal length tenability” Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 3171-3172(非特許文献3)に示されるように、レンズ表面が閉じて、液体の圧力が変わることによるレンズの弾性屈折面の変形に基づいて動作するもの、あるいはポーランド特許191979B1(特許文献2)に記載されている、レンズのポリマー表面の機械的変形に基づいて動作する、可変焦点距離のポリマーレンズである。 The shape of the lens changes with the pressure of the muscles of the human eye. Another is a variable focal length polymer lens that operates on the deformation of the elastic refracting surface of the lens a) Chen J., Wang W., Fang J., Varahramyan K. “Variable-focusing microlens with” microfluidic chip ”J. Micromech Microeng. 14 (2004) 675-680 (Non-Patent Document 1), b) Agarwal M., Gunasekaran RA, Coane P., Varahramyan K.“ Polymer-based variable focal length microlens system ”J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1665-1673. (Non-Patent Document 2), c) Zhang D.-Y., Lien V., Berdichevsky Y., Choi J., Lo Y.-H. “Fluidic adaptive lens” with high focal length tenability ”Appl. Phys. Lett. 82 (2003) As shown in 3171-3172 (Non-Patent Document 3), the elastic refraction surface of the lens due to the closing of the lens surface and the change of liquid pressure. A variable focal length polymer lens that operates based on deformation or that operates based on mechanical deformation of the polymer surface of the lens as described in Polish Patent 191979B1 (Patent Document 2).

また、静電ベースの液体焦点レンズも開発されていて、このレンズは、Kwon S., Lee L.P. “Focal Length Control by Microfabricated Planar Electrodes-based Liquid Lens (μPELL)” Proc. 11th Int. Conf. Solid State Sens. Act. Trans. 1342 (2001) 1348-1351(非特許文献4)、Berge B. “Liquid lens technology: principle of electrowetting based lenses and applications to imaging” Proc. 18th IEEE Int. Conf. Mic. Elec. Mech. Syst. 2005, 227-230(非特許文献5)、Cheng C.C., Chang C.A., Yeh J.A. “Variable focus dielectric liquid droplet lens” Opt. Express 14 (2006) 4101-4106(非特許文献6)に示されるように2つの電極間に適切な電圧を印加することで形状が変わる。 An electrostatic-based liquid focal length lens has also been developed, which is Kwon S., Lee LP “Focal Length Control by Microfabricated Planar Electrodes-based Liquid Lens (μPELL)” Proc. 11th Int. Conf. Solid State. Sens. Act. Trans. 1342 (2001) 1348-1351 (Non-Patent Document 4), Berge B. “Liquid lens technology: principle of electrowetting based lenses and applications to imaging” Proc. 18th IEEE Int. Conf. Mic. Elec. Mech. Syst. 2005, 227-230 (Non-Patent Document 5), Cheng CC, Chang CA, Yeh JA “Variable focus static liquid droplet lens” Opt. Express 14 (2006) 4101-4106 (Non-Patent Document 6) The shape is changed by applying an appropriate voltage between the two electrodes.

上記の技術は全てレンズの形状の変更に基づいていて、レンズの焦点距離の変更につながる。したがって、これらのレンズの焦点を合わせる能力は、その形状に起因し、光の光路を変更する。光線を屈折させる表面を有する光学要素以外に光を集束又は分散する能力は、例えば立方体の形状のような形状の媒体によって発揮され、適切に形成された屈折率分布∇nが起こる。このタイプの∇n分布の光学素子は、GRIN(勾配屈折率)素子と呼ばれるもので、レンズ又は光ファイバとして製造される。ただし、現時点で利用可能な勾配光学素子は、製造中に∇n分布が既に確立されるものである。したがって、それらの勾配光学素子では、可変焦点距離を提供することはできない。当該勾配光学素子の光学特性は全て、ガラス又はポリマー製の古典的なレンズと同様に固定的に設定されているが、∇n分布は、光学的に均一で均質な材料で一時的に製造することができ、この目標は、少なくとも3種類の材料で達成可能である。 All of the above techniques are based on changes in the shape of the lens, leading to changes in the focal length of the lens. Therefore, the ability of these lenses to focus is due to their shape, which alters the optical path of light. The ability to focus or disperse light in addition to optical elements that have a surface that refracts light rays is exerted by a medium shaped, such as the shape of a cube, resulting in a well-formed index of refraction ∇n. This type of ∇n distribution optical element is called a GRIN (gradient refractive index) element and is manufactured as a lens or an optical fiber. However, the gradient optics currently available have a ∇n distribution already established during manufacturing. Therefore, those gradient optics cannot provide variable focal lengths. All the optical properties of the gradient optics are fixedly set, similar to classic lenses made of glass or polymer, but the ∇n distribution is temporarily manufactured with an optically uniform and homogeneous material. This goal can be achieved with at least three materials.

(1)第1の材料は、熱光学特性を持つ材料である。レーザ光線の吸収により、材料が局所的に加熱される。断面へのレーザ光線強度の不均一性は、材料への光の浸透とともに、レーザ光線強度が低下し、また、異なる温度にて、材料の領域間で重なり合う熱の交換が、熱光学材料に不均一な温度分布を形成し、この不均一な分布によって∇n屈折率の不均一な分布が生じる。この現象は熱集束と呼ばれ、この方法で形成されたレンズは熱レンズという。 (1) The first material is a material having thermo-optical characteristics. The absorption of the laser beam heats the material locally. Non-uniformity of the laser beam intensity to the cross section means that the laser beam intensity decreases with the penetration of light into the material, and the exchange of overlapping heat between regions of the material at different temperatures is inconvenient for thermooptical materials. A uniform temperature distribution is formed, and this non-uniform distribution causes a non-uniform distribution of the ∇n refractive index. This phenomenon is called thermal focusing, and the lens formed by this method is called a thermal lens.

(2)第2の材料は、レーザ光線が∇n屈折率分布を作成することがあるフォトリフラクティブ材料である。レーザ光線は、フォトリフラクティブ材料に、電荷分布の永久的又は一時的な変化を生じさせ、電気光学効果により材料の屈折率を変更する局所電界の生成をもたらすことにより∇n分布が形成される。 (2) The second material is a photorefractive material in which the laser beam may create a ∇n refractive index distribution. The laser beam causes the photorefractive material to undergo a permanent or temporary change in charge distribution, resulting in the generation of a local electric field that alters the index of refraction of the material due to the electro-optic effect, thereby forming a ∇n distribution.

(3)第3の材料は、レーザ光線が屈折率分布を生成することがある高分子感光性材料であり、Angelini, A., Pirani, F., Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. “Light-driven liquid microlens” Proc. of SPIE 10106, 1010610 (2017)(非特許文献7)で使用されている。この材料は、液体に懸濁したポリマー分子で構成されていて、レーザ光線の光子吸収により立体構造が変化する。立体構造の変化は密度の変化につながり、これは屈折率∇nの分布を生じさせる。一般に、レーザ光線は、電歪力、Kerr光学効果、又は∇n分布につながる電気熱量効果の発生を引き起こす可能性があり、このことはKielich S. “Molecular nonlinear optics” PWN, Warszawa-Poznan, 1977(非特許文献8)で論じられている。 (3) The third material is a polymer photosensitive material in which a laser beam may generate a refractive index distribution, and Angelini, A., Pirani, F., Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi. , E. “Light-driven liquid microlens” Proc. Of SPIE 10106, 1010610 (2017) (Non-Patent Document 7). This material is composed of polymer molecules suspended in a liquid, and its three-dimensional structure changes due to photon absorption of a laser beam. Changes in the three-dimensional structure lead to changes in density, which results in a distribution of index of refraction ∇n. In general, laser beams can cause the generation of electrostrain, Kerr optical effects, or electrothermal effects leading to a ∇n distribution, which is Kielich S. “Molecular nonlinear optics” PWN, Warszawa-Poznan, 1977 It is discussed in (Non-Patent Document 8).

現在の最新技術は、第1から第3の材料((1)及び(3)の材料)がレーザ光線によって誘導されるレンズの作成により適していることを示している。レーザ光線で作成された∇n分布が古典的なレンズの位相遅延に類似した位相遅延を光に与える各事例では、そのような∇n分布が存在する光学要素をレンズといい、そのようなレンズを製造可能な材料は、以後、AGRIN材料(アクティブGRIN)ということとし、そのような材料でレーザ光線照射によって作られたレンズを以下において「AGRINレンズ」という。 Current state-of-the-art technology shows that the first to third materials (materials (1) and (3)) are more suitable for making lenses guided by a laser beam. In each case where the ∇n distribution created by a laser beam gives light a phase delay similar to the phase delay of a classical lens, the optical element in which such a ∇n distribution exists is called the lens, and such a lens. The material capable of producing the above is hereinafter referred to as an AGRIN material (active GRIN), and a lens made of such a material by irradiation with a laser beam is hereinafter referred to as an "AGRIN lens".

AGRINレンズは、AGRINレンズがサブアセンブリである光学システムの光軸に平行な方向、又はその軸を横切る方向に伝播するレーザ光線で作成することができる。第1の材料では、AGRINレンズは、レンズがサブアセンブリであるシステムの光軸に対して軸対称性を持つことができる。第2の材料では、AGRINレンズはそのような対称性を示さず、サブアセンブリである光学システムで円柱レンズとして機能可能である。 The AGRIN lens can be made of a laser beam propagating in a direction parallel to or across the optical axis of the optical system in which the AGRIN lens is a subassembly. In the first material, the AGRIN lens can have axisymmetry with respect to the optical axis of the system in which the lens is a subassembly. In the second material, the AGRIN lens does not exhibit such symmetry and can function as a cylindrical lens in the subassembly optical system.

像形成におけるAGRINレンズの適用性に関する以前の検討は、レンズがサブアセンブリであるシステムの光軸に関するものであった。そのような全ての検討において、使用されるAGRIN要素について測定されたシステムの光軸の断面と、この材料のAGRINレンズを形成するレーザ光線の断面は、AGRINレンズ自体を含む光学システム全体の開口より大きな直径を有していた。 Previous studies on the applicability of AGRIN lenses in image formation have been for the optical axis of systems in which the lens is a subassembly. In all such studies, the cross section of the optical axis of the system measured for the AGRIN element used and the cross section of the laser beam forming the AGRIN lens of this material are from the aperture of the entire optical system, including the AGRIN lens itself. It had a large diameter.

図1は、非特許文献7に示されている光学システムの簡単化した概略図を示す。図示のものは、観察物体1の像を無限遠で作成するレンズ2を備えた顕微鏡である。AGRINレンズ6が存在しない場合、像は、接眼レンズ3によって、主接眼レンズの結像面から有限距離の結像面に形成される像4に変換される。図1の説明を明確にするために、光学系の収差は含まれていない。 FIG. 1 shows a simplified schematic diagram of the optical system shown in Non-Patent Document 7. The one shown in the figure is a microscope provided with a lens 2 that creates an image of an observation object 1 at infinity. In the absence of the AGRIN lens 6, the image is transformed by the eyepiece 3 into an image 4 formed on the image plane at a finite distance from the image plane of the main eyepiece. For the sake of clarity in the description of FIG. 1, aberrations of the optical system are not included.

同様に、図1に示されている光線の経路は、概略的に示されているレンズの形状によって形成される経路と一致する必要はなく、提示的目的のみのためである。AGRIN分散器6が形成されているAGRIN板5の形のAGRIN材料の存在により、システムの開口部よりも明らかに大きい断面を持ち、AGRINレンズ6の存在なく像4が作られる結像面と同じ結像面に4’像が作られる。ここで、像4’は、物体1とは異なる物体平面内の物体1’に対応する。 Similarly, the path of the rays shown in FIG. 1 need not coincide with the path formed by the shape of the lens shown schematically, but for presentational purposes only. Due to the presence of the AGRIN material in the form of the AGRIN plate 5 on which the AGRIN disperser 6 is formed, it has a cross section that is clearly larger than the opening of the system and is the same as the image plane on which the image 4 is formed without the presence of the AGRIN lens 6. A 4'image is created on the image plane. Here, the image 4'corresponds to an object 1'in an object plane different from the object 1.

AGRINレンズ6は、レンズ及び接眼レンズと同軸であり、顕微鏡の光学系を通過する全ての光線の方向を修正する。これは、AGRINレンズの存在が顕微鏡の物体平面を変えることを意味する。 The AGRIN lens 6 is coaxial with the lens and eyepiece and corrects the direction of all light rays passing through the optical system of the microscope. This means that the presence of the AGRIN lens changes the object plane of the microscope.

本発明による解決策を使用することにより、以下の技術的効果が得られている。 The following technical effects have been obtained by using the solution according to the present invention.

当該解決策を備えた光学系の同じ結像面で、2つ(又はそれ以上)の異なる物体平面にある2つ(又はそれ以上)の物体の鮮明な像を得ることができる。光学系の光軸線の方向で測定されるそれら物体平面を隔てる距離は、当該解決策で提供される光学系の最大被写界深度に対応する距離を超える一方で、これらの物体は相互に重なり合ってはならない。 A clear image of two (or more) objects in two (or more) different object planes can be obtained on the same imaging plane of the optical system with the solution. The distances that separate these object planes, measured in the direction of the optical axis of the optics, exceed the distance corresponding to the maximum depth of field of the optics provided by the solution, while these objects overlap each other. must not.

解決策の一体的部分として、AGRINレンズ(単数又は複数)の焦点距離を自動的に調節することができ、2つ(又はそれ以上)の物体の鮮明な像を自動的に得るべく、1つ(又はそれより多い)動かない物体の鮮明な像を観察しながら、1つ(又はそれ以上)のレンズと動いている同じAGRINレンズ(単数又は複数)の位置を自動的に変更することができる。ここで、可動及び不動の物体は、互いに、解決策を備える光学システムの最大被写界深度に対応する距離を超えた距離を置かれていて、解決策を備えた物体の光学システムの異なる平面にあってもよい一方で、これらのアイテムは互いに重なり合えない。 As an integral part of the solution, the focal length of the AGRIN lens (s) can be adjusted automatically, one to automatically obtain a clear image of two (or more) objects. One (or more) lenses and the same moving AGRIN lens (s) can be automatically repositioned while observing a clear image of (or more) stationary objects. .. Here, the movable and immovable objects are distanced from each other beyond the distance corresponding to the maximum depth of field of the optical system with the solution, and the different planes of the optical system of the object with the solution. While they may be, these items cannot overlap each other.

解決策を構成する光学素子の画像空間の1つ又は複数の異なる点に単一のレーザ光線の光を収束することができる。ここで、これらの点の位置は、解決策を形成する光学素子の軸線の方向と、当該光学軸線に垂直な1つの方向との両方において、継続的に変更可能である。 The light of a single laser beam can be focused on one or more different points in the image space of the optical elements that make up the solution. Here, the positions of these points can be continuously changed in both the direction of the axis of the optical element forming the solution and one direction perpendicular to the optical axis.

解決策を構成する光学素子の像空間のさまざまな点に複数のレーザ光線の光を収束する能力。ここで、これらの点の位置は、光学素子の光軸線の方向において継続的に変更可能である。 The ability to focus the light of multiple laser beams at various points in the image space of the optics that make up the solution. Here, the positions of these points can be continuously changed in the direction of the optical axis of the optical element.

本発明の本質は、複数平面可変焦点レンズを用いる像形成方法であり、その特徴とするところは、
任意の光源から来る光線は、観察物体の一部に反射されるか当該一部に透過する光線が、AGRINレンズを透過するように、そして、観察物体の残りの部分に反射されるか当該残りの部分を透過する光線は、AGRINレンズを透過しないが均一な∇n屈折率の領域でAGRIN板を透過するように、これらの光線の少なくとも一部が反射されるか又は透過する観察物体に向けられ、
少なくとも1つの発散又は収束AGRINと少なくとも1つの古典的又はAGRIN型の焦点レンズとが配置されていて、AGRIN板を透過する光線の全ては、少なくとも1つの古典的又はAGRIN型焦点レンズを以前透過したか、又は透過し、次の結果となることを特徴とする。
The essence of the present invention is an image forming method using a multi-plane variable focus lens, and the feature thereof is.
Light coming from any light source is either reflected by a portion of the observation object or transmitted through that portion so that it passes through the AGRIN lens and is reflected by the rest of the observation object. The light rays that pass through this part are directed toward the observation object that reflects or passes at least part of these rays so that they pass through the AGRIN plate in a region of uniform ∇n refractive index that does not pass through the AGRIN lens. Be,
At least one divergent or convergent AGRIN and at least one classical or AGRIN type focal lens are arranged, and all the rays transmitted through the AGRIN plate previously transmitted through at least one classical or AGRIN type focal lens. It is characterized by being transparent or transparent, resulting in the following results.

すなわち、AGRINレンズを通過する観察物体からの光線は、主AGRINレンズの第2平面から測定される異なる像距離のところで観察物体の一部の鮮明な像を作り、
観察物体からの光線は、AGRINレンズを不透明にせず、主AGRINレンズの第2平面から測定される同じ像距離のところで観察物体の断片の鮮明な像を形成し、
そこで、観察物体と異なる平面に位置する第2の物体の像が現れ、
結像に使用される光学システムを透過する光線の全ては、AGRINレンズを透過し、それから、観察物体の鮮明な像を1つの結像面で作るのに加わり、当該結像面は、観察物体の一部の鮮明な像が作られた面と同じ平面であって、
適切に選択された焦点距離でAGRIN板に次のAGRINレンズを配置した後、結像に使用される光学システムを通過してAGRINレンズを通過する別の観察物体の断片に反射されるか又は当該断片を透過する光線の全ては、AGRINレンズの第2平面から測定される、物体の像と物体の一部の像とが作られるところと同じ像距離のところで観察物体のこの部分の像を形成することである。
That is, the light rays from the observation object passing through the AGRIN lens form a clear image of a part of the observation object at different image distances measured from the second plane of the main AGRIN lens.
The rays from the observation object do not make the AGRIN lens opaque, forming a clear image of the fragment of the observation object at the same image distance measured from the second plane of the main AGRIN lens.
Then, an image of a second object located on a plane different from the observed object appears.
All of the light rays that pass through the optical system used for imaging pass through the AGRIN lens and then participate in creating a clear image of the observation object on one imaging plane, which is the observation object. It is on the same plane as the surface on which some clear images of
After placing the next AGRIN lens on the AGRIN plate at a properly selected focal length, it is reflected by another piece of observation object that passes through the optical system used for imaging and through the AGRIN lens. All of the light rays that pass through the fragment form an image of this part of the observed object at the same image distance as where the image of the object and part of the object are made, measured from the second plane of the AGRIN lens. It is to be.

観察物体が、観察物体よりも長い観察距離にある場合に、AGRIN発散レンズを使用することは有利である。また、観察物体が、観察物体よりも短い観察距離にある場合に、AGRIN焦点レンズを使用することが好ましい。 It is advantageous to use an AGRIN divergent lens when the observation object is at a longer observation distance than the observation object. Further, it is preferable to use an AGRIN focal lens when the observation object is at a shorter observation distance than the observation object.

それに加えて、AGRINレンズが形成されているAGRIN板を通過する前に、観察物体から反射又は通過する光線が、少なくとも1つの古典的なレンズ又はAGRIN焦点レンズの機能を実行するさらなる光学要素を通過することが好ましい。 In addition, before passing through the AGRIN plate on which the AGRIN lens is formed, light rays reflected or passing from the observation object pass through additional optical elements that perform the function of at least one classical lens or AGRIN focal lens. It is preferable to do so.

AGRINレンズが形成されているAGRIN板を通過する光線が、少なくとも1つの古典的レンズ又はAGRIN焦点レンズの機能を実行するさらなる光学要素をさらに通過することが好ましい。 It is preferred that light rays passing through the AGRIN plate on which the AGRIN lens is formed further pass through additional optical elements that perform the function of at least one classical lens or AGRIN focal lens.

さらに、AGRINレンズが形成されているAGRIN板を通過する前に観察物体から反射又は通過する光線が、少なくとも1つの古典的レンズ又はAGRIN焦点レンズの機能を実行する、続く光学要素をさらに通過することが好ましく、AGRINレンズが作成されたAGRIN板を通過する光線が、AGRIN板を通過した後、少なくとも1つの古典的レンズ又はAGRIN焦点レンズの機能を実行する、続く光学要素をさらに通過することが好ましい。 In addition, light rays reflected or passed from the observation object prior to passing through the AGRIN plate on which the AGRIN lens is formed further pass through subsequent optical elements that perform the function of at least one classical lens or AGRIN focal lens. It is preferable that the light beam passing through the AGRIN plate on which the AGRIN lens is made passes through the subsequent optical element that performs the function of at least one classical lens or AGRIN focal lens after passing through the AGRIN plate. ..

レーザ光源と、2つの垂直な方向に摺動するホルダと、広いスペクトル範囲にわたって像が作られる光を透過してレーザ光を反射する光学素子と、AGRIN板と、レーザ不透過性フィルタと、固定的な相互距離にある複数の部品を保持するハウジングとを備え、可変焦点レンズを使用する、複数の断面の像を作る装置であって、次のことを特徴とする。 A laser light source, two holders that slide in vertical directions, an optical element that transmits light that forms an image over a wide spectral range and reflects the laser light, an AGRIN plate, a laser opaque filter, and fixed A device for creating images of a plurality of cross sections using a varifocal lens, including a housing for holding a plurality of parts at mutual distances, and characterized by the following.

レーザ光源が外部レーザに接続されているファイバ光学コリメータであり、ファイバ光学コリメータは、レーザ光源から出てくるレーザ光線の方向に垂直な2方向に作用する、摺動するホルダ内に設けられていて、ファイバ光学コリメータは摺動するホルダにクランプを用いて固定されていることが好ましい。 A fiber optical collimeter in which a laser light source is connected to an external laser, the fiber optical collimeter is provided in a sliding holder that acts in two directions perpendicular to the direction of the laser beam coming out of the laser light source. , The fiber optical collimator is preferably fixed to a sliding holder by using a clamp.

光学要素は、像が作られる光線を伝送して、レーザ光線を反射するようにハウジングに配置されていることが好ましい。 The optical element is preferably located in the housing so as to transmit the light beam on which the image is formed and reflect the laser beam.

AGRIN板は、レーザ光線がAGRIN板に直角に当たるようにハウジング内に設けられていることが好ましい。 The AGRIN plate is preferably provided in the housing so that the laser beam hits the AGRIN plate at a right angle.

AGRIN板の後ろに、ハウジング内に、光学要素を透過するレーザ光線の光を吸収するフィルタがあることが好ましい。 Behind the AGRIN plate, there is preferably a filter in the housing that absorbs the light of the laser beam that passes through the optical element.

レーザ光源がダイオードレーザであることが好ましい。 The laser light source is preferably a diode laser.

追加のレーザ光源がハウジングに配置され、外部レーザに接続された光ファイバコリメータであり、スライドハンドルに取り付けられ、レーザ光線の方向に垂直な2方向に動作する場合にも有利であり、クランプでスライドハンドルに取り付けられたレーザ光源、ハウジングに取り付けられた光学素子は、レーザ光線を透過し、レーザ光線を反射して、両方の光線を光学素子に平行に導き、光の一部光学要素に向けられた光線に対して光学要素によって直角に向けられたものは、ハウジング要素によって吸収される。 An optical fiber collimeter with an additional laser source located in the housing and connected to an external laser, which is also advantageous when attached to a slide handle and operating in two directions perpendicular to the direction of the laser beam, slides with a clamp The laser light source attached to the handle and the optical element attached to the housing transmit the laser beam, reflect the laser beam, guide both rays parallel to the optical element, and direct both rays to some of the optical elements. Anything directed at right angles by the optical element to the light beam is absorbed by the housing element.

レーザ光源がダイオードレーザであることが好ましい。 The laser light source is preferably a diode laser.

光学素子がダイクロイックミラー又は偏光キューブであることが好ましい。 It is preferable that the optical element is a dichroic mirror or a polarizing cube.

本発明は、以下の内容の添付された図面に表現される、図面例示的ではあるが非限定的な実施態様において、提示される。 The present invention is presented in an exemplary but non-limiting embodiment of the drawings represented in the accompanying drawings with the following contents.

非特許文献7に示されている光学システムの簡単化した概略を示す図である。It is a figure which shows the simplification outline of the optical system shown in Non-Patent Document 7. 単一のAGRINレンズの使用を伴う光学システムを示す図である。It is a figure which shows the optical system with the use of a single AGRIN lens. 2つのAGRINレンズの使用を伴う本発明の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of this invention with the use of two AGRIN lenses. AGRIN5板にAGRIN6’レンズを作成する方法を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the method of making the AGRIN6'lens on the AGRIN5 plate. 1のレーザ光線の使用を伴う一解決手段を示す図である。It is a figure which shows one solution which involves the use of the laser beam of 1. 2のレーザ光線源としての小型レーザを用いる一解決策を示す図である。It is a figure which shows one solution which uses a small laser as a laser beam source of 2. 結果像の一例の写真である。It is a photograph of an example of the result image.

図2は、単一のAGRINレンズを備えた光学システムを概略的に示す。このシステムは、結像システムを形成する光学素子のセット全体の3つの機能部品で構成されている。これらは、サブセット2、AGRIN板5、及び光学要素のサブセット3を形成する光学要素である。接眼レンズ又はカメラがサブアセンブリ3の一部ではないと仮定されるならば、一般的な結像には、AGRIN板5のみ、又はAGRIN板5と2つの光学要素のサブセット、又はAGRIN5板と3つの光学素子のサブセット、又は図2に示すように3つ全ての部品を使用してもよい。 FIG. 2 schematically shows an optical system with a single AGRIN lens. This system consists of three functional components of the entire set of optics that form the imaging system. These are the optical elements that form the subset 2, the AGRIN plate 5, and the optical element subset 3. If it is assumed that the eyepiece or camera is not part of the subassembly 3, for general imaging, only the AGRIN plate 5 or a subset of the AGRIN plate 5 and two optical elements, or the AGRIN 5 plate and 3 A subset of one optical element, or all three components as shown in FIG. 2 may be used.

図2は、簡略化された顕微鏡の概略図を示し、当該顕微鏡は、AGRINレンズ6’とレンズの役割をする光学要素のサブセット2を含む一方で、光学要素のサブセット3は、接眼レンズの役割をしていて、簡略化のため、サブセットは両方とも単一のレンズとして描かれている。AGRIN板5において、不均一な屈折率分布∇nを有する領域は、レーザ光線(図示せず)を援用して生成され、適切に選択された焦点距離を有するAGRINレンズ6’の役割をする。 FIG. 2 shows a simplified schematic of a microscope, which includes an AGRIN lens 6'and a subset 2 of optical elements that act as lenses, while a subset of optical elements 3 serves as an eyepiece. For simplicity, both subsets are depicted as a single lens. In the AGRIN plate 5, a region having a non-uniform refractive index distribution ∇n is generated with the help of a laser beam (not shown) and serves as an AGRIN lens 6'with an appropriately selected focal length.

AGRINレンズ6’は、任意の断面直径のAGRINレンズ6とは異なる。AGRINレンズ6’の場合、この直径は、AGRINレンズがサブアセンブリである光学システム(例えば、顕微鏡)の開口よりも明らかに小さい。図2では、AGRINレンズ6’は、レンズ2及び接眼レンズ3の光軸と同軸、すなわち、システムの光軸線上にあるが、このような形態に限定されるわけではない。一般に、非軸線領域のレーザ光線によって作成してもよい。図2は、AGRINレンズ6’の効果を概略的に示す。図2は光学系の収差を考慮していない。同様に、図2に示されている光線の経路は、概略的に示されているレンズの形状によって課される経路と一致しなければならないということではなく、説明的目的だけのためである。 The AGRIN lens 6'is different from the AGRIN lens 6 having an arbitrary cross-sectional diameter. For the AGRIN lens 6', this diameter is clearly smaller than the aperture of the optical system (eg, microscope) in which the AGRIN lens is a subassembly. In FIG. 2, the AGRIN lens 6'is coaxial with the optical axis of the lens 2 and the eyepiece 3, that is, on the optical axis of the system, but is not limited to such a form. In general, it may be created by a laser beam in the non-axis region. FIG. 2 schematically shows the effect of the AGRIN lens 6'. FIG. 2 does not consider the aberration of the optical system. Similarly, the path of the rays shown in FIG. 2 must coincide with the path imposed by the shape of the lens outlined, but for explanatory purposes only.

図2には、2つの像物体が示されている。物体1から出る光線には、2つのタイプの光線、開口光線と視野光線がある。開口光線はAGRINレンズ6’を通過する。半光線は、AGRIN板5を通過するが、図2に示す∇n屈折率が均一に分布する領域では、AGRIN6’分散型レンズの例示的な配置が示される。これは、∇n屈折率の不均一な分布が、AGRINレンズの軸におけるn屈折率の最小値と、その縁部での最大値とに対応するときに、起こる。物体1の開口光線は、AGRINレンズの光軸から効果的に偏向される。これにより、主AGRIN6’レンズの第2平面からの距離であって、AGRIN6’レンズが存在しない場合よりも長い距離のところに物体1の軸点の像4’’が作られる。物体1の半光線は、追加の偏向を生じさせず、AGRINレンズ6’の存在下よりも小さい主AGRINレンズ6’の第2の平面からの距離で物体1の像4を作る。物体1’は、第1の平面から主AGRINレンズ6’までの距離がアイテム1よりも長い位置にある。 Two image objects are shown in FIG. There are two types of rays emitted from the object 1, an aperture ray and a field ray. The aperture ray passes through the AGRIN lens 6'. The hemirays pass through the AGRIN plate 5, but in the region where the ∇n refractive index shown in FIG. 2 is uniformly distributed, an exemplary arrangement of the AGRIN 6'dispersion lens is shown. This happens when the non-uniform distribution of the ∇n index of refraction corresponds to the minimum value of the n refractive index on the axis of the AGRIN lens and the maximum value at its edge. The aperture ray of the object 1 is effectively deflected from the optical axis of the AGRIN lens. As a result, an image 4 ″ of the axial point of the object 1 is created at a distance from the second plane of the main AGRIN6 ′ lens, which is longer than when the AGRIN6 ′ lens does not exist. The hemiray rays of the object 1 do not cause any additional deflection and form the image 4 of the object 1 at a distance from the second plane of the main AGRIN lens 6', which is smaller than in the presence of the AGRIN lens 6'. The object 1'is at a position where the distance from the first plane to the main AGRIN lens 6'is longer than that of the item 1.

実際には、レンズは有限の像距離で物体Vの像を作る。しかしながら、物体1’は、物体1’を離れる開口光線と半光線の両方がAGRINレンズ6’を通過するのに十分小さい。AGRINレンズは、物体1’の開口と半光線を修正し、物体1’の像が無限遠で再び作られるようにする。その結果、接眼レンズは、接眼レンズの同じ像平面に物体1’の像4’を作る。物体1の一部の鮮明な像4と、物体1’の全ての像4’とを同時に観察することが可能である。 In reality, the lens creates an image of the object V at a finite image distance. However, the object 1'is small enough for both aperture and semi-rays leaving the object 1'to pass through the AGRIN lens 6'. The AGRIN lens modifies the aperture and ray rays of object 1'so that the image of object 1'is recreated at infinity. As a result, the eyepiece creates an image 4'of the object 1'on the same image plane of the eyepiece. It is possible to observe a part of the clear image 4 of the object 1 and all the images 4'of the object 1'at the same time.

図3は、2つのAGRINレンズ6’及び6’’を使用する本発明の変形例を示す。AGRIN板5では、適切な焦点距離を有する追加のAGRINレンズ6’’が追加のレーザ光線によって生成される。AGRIN6’’レンズを通過する追加の観察物体1’’の部分を出る場の光線のビームは、観察物体1’の像及び観察物体1の部分像が形成されるAGRIN6’主レンズの第2平面から同じ距離で4’’’画像を形成するように形成される。その結果、同じ観察面で、異なる平面にある3つの観察物体の像が作られる。 FIG. 3 shows a modification of the present invention using two AGRIN lenses 6 ″ and 6 ″. In the AGRIN plate 5, an additional AGRIN lens 6 ″ with an appropriate focal length is generated by the additional laser beam. The beam of light rays in the field exiting the portion of the additional observation object 1'' that passes through the AGRIN 6'' lens is the second plane of the AGRIN 6'main lens on which the image of the observation object 1'and the partial image of the observation object 1 are formed. It is formed to form a 4'''image at the same distance from. As a result, images of three observation objects on different planes are created on the same observation surface.

図4は、AGRIN板5にAGRINレンズ6’を作成する方法を概略的に示す。像が作られた物体1及び1’の光線は、像が作られた光線7を作る。この光線の図の矢印は、物体から像への伝播の方向を示す。AGRIN5のAGRIN材料用に選択された波長λlaserのレーザ光線8は、光線7を伝送し、それからレーザ光線8を反射する光学素子9に向けて、任意の方法で作用するシフトシステム10によって導かれる。図では、レーザ光線には、レーザ光線の伝播方向を示す矢印が付いている。 FIG. 4 schematically shows a method of forming an AGRIN lens 6'on the AGRIN plate 5. The rays of the imaged objects 1 and 1'create the imaged ray 7. The arrows in this ray diagram indicate the direction of propagation from the object to the image. The laser beam 8 of wavelength λlaser selected for the AGRIN material of AGRIN 5 is guided by a shift system 10 that acts in any way towards the optical element 9 that transmits the beam 7 and then reflects the laser beam 8. In the figure, the laser beam has an arrow indicating the propagation direction of the laser beam.

光学素子9は、例えばダイクロイックミラー、偏光キューブ、又は反射光線8と透過光線7の上記条件を満たす任意の他の光学素子であってよい。要素9から反射されて、レーザ光線は、システム14の光軸線に平行に移動し、AGRIN材料で作られたAGRIN板5に当たり、そこでAGRINレンズ6’を形成する。AGRIN板5の後ろにはフィルタ12があり、フィルタ12はレーザ光線8の波長λlaserの光を透過せず、λlaserの一部はAGRIN板5を通過可能であり、フィルタ12はレーザ光線8とは異なる長さの光を透過する。 The optical element 9 may be, for example, a dichroic mirror, a polarizing cube, or any other optical element that satisfies the above conditions of the reflected light 8 and the transmitted light 7. Reflected from element 9, the laser beam travels parallel to the optical axis of the system 14 and hits the AGRIN plate 5 made of AGRIN material, where it forms the AGRIN lens 6'. There is a filter 12 behind the AGRIN plate 5, the filter 12 does not transmit the light of the wavelength λlaser of the laser beam 8, a part of the λlaser can pass through the AGRIN plate 5, and the filter 12 is the laser beam 8. Transmits different lengths of light.

レーザ光線8の強度の範囲とAGRIN板5の光学特性(例えば、λlaserの波長の透過係数)がレーザ光線8の任意の強度に対して、レーザ光線の光がAGRIN板5を透過しないように選択される場合、フィルタ12の存在は必要ではない。図4においてAGRINレンズ6’の図示例は発散型であり、システムによって結像される光線の一部13を作り、AGRIN板5に入る光線7に対してAGRIN6’レンズを通過してより多く発散するか、より収束が少ない。 The range of intensity of the laser beam 8 and the optical characteristics of the AGRIN plate 5 (for example, the transmission coefficient of the wavelength of the λlaser) are selected so that the light of the laser beam does not pass through the AGRIN plate 5 for any intensity of the laser beam 8. If so, the presence of the filter 12 is not required. In FIG. 4, the illustrated example of the AGRIN lens 6'is a divergent type, which creates a part 13 of the light rays imaged by the system, and diverges more light rays 7 entering the AGRIN plate 5 through the AGRIN 6'lens. Or less convergence.

AGRIN板5のAGRIN材料へのレーザ光線8の波長λlaserを適切に選択することは、前述のしくみによると、レーザ光線がAGRIN材料に吸収され、AGRIN材料内部の∇n屈折率分布をもたらすことを意味する。 Proper selection of the wavelength λlaser of the laser beam 8 to the AGRIN material of the AGRIN plate 5 means that the laser beam is absorbed by the AGRIN material, resulting in a ∇n refractive index distribution inside the AGRIN material, according to the mechanism described above. means.

本発明は、例示的な実施形態において、図5及び図6に示され、図5は、光ファイバ20及び光ファイバコリメータ17を援用してシステムに送達される1つのレーザ光線8を使用する解決策を示す。光ファイバコリメータ17は、光ファイバコリメータ17を出るレーザ光線8の進行方向に垂直な2つの方向で動作するスライドハンドル18に取り付けられている。 The present invention is shown in FIGS. 5 and 6 in an exemplary embodiment, in which FIG. 5 uses a single laser beam 8 delivered to the system with the aid of fiber optics 20 and fiber optic collimators 17. Show a plan. The optical fiber collimator 17 is attached to a slide handle 18 that operates in two directions perpendicular to the traveling direction of the laser beam 8 leaving the optical fiber collimator 17.

図5は、システム14の光軸線に平行な一方向のみにコリメータ17を移動する可能性を示し、例えば、手持ち式のマイクロメータねじ21又は電動の電子制御ねじによって、変位可能としてもよい。光ファイバコリメータ17は、クランプ19によりスライドハンドル18に固定されている。光ファイバコリメータ18によって放出されるレーザ光線8の光は、光学素子9の方向に向けられ、像7の光線を透過し、例えばダイクロックミラー上に、レーザ光線8を反射する。次に、レーザ光線はAGRIN板5に当たる。 FIG. 5 shows the possibility of moving the collimator 17 in only one direction parallel to the optical axis of the system 14, and may be displaceable by, for example, a handheld micrometer screw 21 or an electric electronically controlled screw. The optical fiber collimator 17 is fixed to the slide handle 18 by a clamp 19. The light of the laser beam 8 emitted by the optical fiber collimator 18 is directed in the direction of the optical element 9, passes through the beam of the image 7, and reflects the laser beam 8 on, for example, a die clock mirror. Next, the laser beam hits the AGRIN plate 5.

AGRIN板5の後ろで、レーザ光線8からの残りの光はフィルタ12で吸収される。光学素子9、AGRIN板5及びフィルタ12は、光学システムハウジング22に固定されている。図5及び図6に示すような光学システムのハウジング22、22’及び22’’は、図2に示すようなより大きな光学システムのハウジングの一体部分であってもよいし、図5及び6に示される光学システムのハウジングは、これらのシステムと他の光学システムとの接続を可能にする要素で、例えばねじ状部(スレッド)15及び16を援用して仕上げてもよい。例えば、図2に示す配置では、ねじ状部15は図5及び6に示す光学システムを光学素子2に接続するものであり、ねじ状部16は図5及び6に示す光学システムを光学要素3に接続するものである。 Behind the AGRIN plate 5, the remaining light from the laser beam 8 is absorbed by the filter 12. The optical element 9, the AGRIN plate 5, and the filter 12 are fixed to the optical system housing 22. Optical system housings 22, 22'and 22'' as shown in FIGS. 5 and 6 may be integral parts of the larger optical system housing as shown in FIGS. 5 and 6. The housing of the optical system shown is an element that allows the connection of these systems to other optical systems and may be finished with the aid of, for example, threads 15 and 16. For example, in the arrangement shown in FIG. 2, the screw-shaped portion 15 connects the optical system shown in FIGS. 5 and 6 to the optical element 2, and the screw-shaped portion 16 connects the optical system shown in FIGS. 5 and 6 to the optical element 3. It connects to.

図6は、AGRIN板5に2つの個別のレンズAGRIN6’とAGRIN 6’’を形成可能な2つのレーザ光線を使用した解決手段を示す。図6は、2つのレーザ光線8及び8’’の光源として小型の23及び23’’レーザ、例えばダイオードを使用した解決手段を示す。例示のために、それらは、レーザ23及び23’’が取り付けられているスライドハンドル18及び18’’に対してずらして示されている。 FIG. 6 shows a solution using two laser beams capable of forming two separate lenses AGRIN 6 ′ and AGRIN 6 ″ on the AGRIN plate 5. FIG. 6 shows a solution using small 23 and 23 ″ lasers, such as diodes, as the light sources for the two laser beams 8 and 8 ″. For illustration purposes, they are shown offset relative to the slide handles 18 and 18 ″ to which the lasers 23 and 23 ″ are mounted.

レーザ23及び23’’は、ネジ21及び21’’で移動する。レーザ23及び23’’によって放出された光線は、システム14の光軸線に垂直な方向に入射するレーザ光線を透過し、光学システム14の光軸線に平行な方向に直角にレーザ光線を反射する光学素子24に向けられる。このような要素の役割は、偏光分割キューブとしてなされてもよい。両方のレーザ光線が正しい方法で偏光されていると仮定すると、立方体はほぼ100%の収率でレーザ光線23及び23’’を光学素子9に向けることが可能である。 The lasers 23 and 23 ″ are moved by the screws 21 and 21 ″. The light emitted by the lasers 23 and 23'' transmits the laser beam incident on the direction perpendicular to the optical axis of the system 14, and reflects the laser beam at right angles to the direction parallel to the optical axis of the optical system 14. Aimed at element 24. The role of such an element may be played as a polarization split cube. Assuming that both laser beams are polarized in the correct way, the cube is capable of directing the laser beams 23 and 23 ″ to the optics 9 in a yield of approximately 100%.

図6に示すシステムの他の要素は、図5の対応する要素と同じ役割をする。これらは、図6で強調されているように、ハウジング部22の存在が異なる。要素24がレーザ光線23及び23’’の光の一部をハウジング22’に向ける場合、例えばその役割が通常の光分割キューブによってなされる場合、ハウジング22’は光線を吸収し、結果として生じる熱は、例えば放熱器を使用して、環境に戻される。 Other elements of the system shown in FIG. 6 play the same role as the corresponding elements of FIG. These differ in the presence of the housing portion 22, as highlighted in FIG. If the element 24 directs some of the light from the laser beams 23 and 23'' to the housing 22', for example if its role is played by a normal light splitting cube, the housing 22' will absorb the light and the resulting heat. Is returned to the environment, for example using a radiator.

図7は、ローカルレーザ誘起レンズの動作の最終的な効果を示す、準備された出版物からの3枚の写真を示す。左側には、基本スケール間隔が50μmの顕微鏡スケール画像が示され、その下に、顕微鏡レンズの焦点がスケールに設定されたカボチャの茎断面のサンプルがある。右側には、同じ画像が表示されていて、カボチャの茎の断面に焦点が設定されている。中央には、同じサンプルの対が表示され、アクティブレンズがマークされた円の領域に誘導されている。誘導レンズの存在により、誘導レンズのある領域にカボチャの茎の断面の画像に焦点が合わせられていて、残りの画像領域にてスケールに焦点が合っている。 FIG. 7 shows three photographs from a prepared publication showing the final effect of the operation of a local laser induced lens. On the left is a microscope scale image with a base scale spacing of 50 μm, below which is a sample of a pumpkin stalk cross section with the focus of the microscope lens set to scale. On the right, the same image is displayed, with the focus set on the cross section of the pumpkin stalk. In the center, a pair of the same sample is displayed, leading to the area of the circle marked with the active lens. The presence of the inductive lens focuses the image of the cross section of the pumpkin stalk in one area of the inductive lens and the scale in the remaining image area.

Claims (12)

任意の光源から発せられる複数の光線が、当該複数の光線の一部を反射又は透過する観察物体1に向けられ、少なくとも1つの発散型又は収束型のAGRINレンズ6’と、古典的又はAGRIN型の少なくとも1つの収束レンズとが配置された光路上において、
前記観察物体1の一部で反射されるか又は前記観察物体1の一部を透過される光線がAGRINレンズ6’を透過し、
前記観察物体1の残りの部分で反射されるか又は前記観察物体1の残りの部分を透過される光線は、AGRINレンズ6’を透過しないが、均一屈折率分布∇nの領域のAGRIN板5を通過し、
少なくとも1つの古典的な収束レンズ又はAGRIN型収束レンズを以前透過したか又は透過する光線の全ては、AGRIN板5を透過し、
その結果、
前記AGRINレンズ6’を透過した前記観察物体1からの光線は、前記主AGRINレンズ6’の第2平面から異なる像距離にて前記観察物体1の鮮明な像4’’を形成し、
前記観察物体1からの光線は、前記AGRINレンズ6’を不透明にせず、
前記観察物体1からの光線は、主AGRINレンズ6’の第2平面から同一の像距離で観察物体の断片の鮮明な像を形成し、そこで第2の観察物体1’の像4’が前記観察物体1’と異なる平面に位置して現れ、
結像に用いられる光学システムを透過する全ての光線は、前記AGRINレンズ6’を透過して、前記観察物体1の一部の鮮明な像4が作られた平面と同じ平面である1つの像平面にて前記観察物体1’の鮮明な像4’を形成することに使用され、
次のAGRINレンズ6’’が適切に選択された焦点長さを持って前記AGRIN板5に置かれた後に、別の観察物体1’’’の1部分に反射された又は透過する全ての光線は、前記観察物体1’’’のこの部分の像を、物体の像と物体1の断片の像とが作られる主AGRINレンズ6’の第2平面から測定された同じ像距離に形成することを特徴とする、複数平面の可変焦点レンズを用いる像形成方法。
A plurality of rays emitted from an arbitrary light source are directed at an observation object 1 that reflects or transmits a part of the plurality of rays, and at least one divergent or convergent AGRIN lens 6'and a classical or AGRIN type. On the optical path where at least one condensing lens of
A light beam that is reflected by a part of the observation object 1 or is transmitted through a part of the observation object 1 is transmitted through the AGRIN lens 6'.
Light rays that are reflected by the rest of the observation object 1 or that pass through the rest of the observation object 1 do not pass through the AGRIN lens 6', but the AGRIN plate 5 in the region of uniform refractive index distribution ∇n. Pass through
All of the light rays previously transmitted or transmitted through at least one classical convergent lens or AGRIN type convergent lens are transmitted through the AGRIN plate 5.
as a result,
The light rays from the observation object 1 that have passed through the AGRIN lens 6'form a clear image 4'' of the observation object 1 at a different image distance from the second plane of the main AGRIN lens 6'.
The light rays from the observation object 1 do not make the AGRIN lens 6'opaque,
The light beam from the observation object 1 forms a clear image of the fragment of the observation object at the same image distance from the second plane of the main AGRIN lens 6', where the image 4'of the second observation object 1'is described. Appears on a different plane than the observation object 1',
All the light rays that pass through the optical system used for imaging pass through the AGRIN lens 6'and are one image that is the same plane as the plane on which a clear image 4 of a part of the observation object 1 is formed. Used to form a clear image 4'of the observed object 1'on a flat surface.
After the next AGRIN lens 6'' is placed on the AGRIN plate 5 with a properly selected focal length, all light rays reflected or transmitted by one part of another observation object 1'''. Is to form an image of this part of the observed object 1'''at the same image distance measured from the second plane of the main AGRIN lens 6'where the image of the object and the image of the fragment of the object 1 are made. An image forming method using a multi-plane variable focus lens.
前記観察物体1’が前記観察物体1より長い距離に位置している場合、発散AGRINレンズ6’が使用されることを特徴とする、請求項1に記載の像形成方法。 The image forming method according to claim 1, wherein a divergent AGRIN lens 6'is used when the observed object 1'is located at a longer distance than the observed object 1. 前記観察物体1’が観察物体1より短い距離に位置している場合、収束AGRINレンズ6’が使用されることを特徴とする、請求項1に記載の像形成方法。 The image forming method according to claim 1, wherein a convergent AGRIN lens 6'is used when the observation object 1'is located at a shorter distance than the observation object 1. 前記AGRINレンズ6’が形成されているAGRIN板5を透過する前に、観察物体1及び観察物体1’に反射される光線又は観察物体1及び観察物体1’を透過する光線は、少なくとも古典的な収束レンズ又はAGRIN収束レンズとして作用する、続く光学要素2をさらに通過することを特徴とする、請求項1に記載の像形成方法。 Before passing through the AGRIN plate 5 on which the AGRIN lens 6'is formed, the light rays reflected by the observation object 1 and the observation object 1'or the light rays that pass through the observation object 1 and the observation object 1'are at least classical. The image forming method according to claim 1, wherein the image forming method further passes through an optical element 2 that acts as a converging lens or an AGRIN converging lens. 前記AGRINレンズ6’が形成されるAGRIN板5を透過する光線が、少なくとも1つの古典的な収束レンズ又はAGRIN収束レンズとして作用する、続く光学要素3を追加的に透過することを特徴とする、請求項1に記載の像形成方法。 A light beam transmitted through an AGRIN plate 5 on which the AGRIN lens 6'is formed additionally transmits an subsequent optical element 3 that acts as at least one classical convergent lens or AGRIN convergent lens. The image forming method according to claim 1. 前記観察物体1及び前記観察物体1’に反射されるか又は前記観察物体1及び前記観察物体1’を透過される光線は、AGRIN板5を透過する前に、少なくとも1つの古典的な収束レンズ又はAGRIN収束レンズとして作用する光学要素2を追加的に透過する一方、
前記AGRINレンズ6’が形成されるAGRIN板5を透過する光線は、前記AGRIN板5を透過した後に、少なくとも1つの古典的な収束レンズ又はAGRIN収束レンズとして作用する光学要素3をさらに透過することを特徴とする、請求項1に記載の像形成方法。
Light rays that are reflected by the observation object 1 and the observation object 1'or are transmitted through the observation object 1 and the observation object 1'are at least one classical focusing lens before passing through the AGRIN plate 5. Alternatively, while additionally transmitting the optical element 2 that acts as an AGRIN focusing lens,
The light beam that passes through the AGRIN plate 5 on which the AGRIN lens 6'is formed passes through the AGRIN plate 5 and then further transmits an optical element 3 that acts as at least one classical condensing lens or AGRIN condensing lens. The image forming method according to claim 1, wherein the image is formed.
レーザ光源と、2つの直交する方向に摺動するホルダと、広いスペクトル範囲に渡る結像光を伝送しレーザ光を反射する光学要素と、AGRIN板と、レーザ透過可能なフィルタと、相互に固定的な距離で部品を保持するハウジングとを備え、可変焦点レンズを使用する、複数の平面に像を作成する装置において、
レーザ光源は、外部レーザに接続されているファイバ光学コリメータ17であって、当該ファイバ光学コリメータ17は、レーザ光源から出るレーザ光線8の方向に直交する2方向に操作される、摺動するホルダ18に設けられており、
当該レーザ光源は、摺動するホルダ18にクランプ19によって固定されていて、
光学要素9は、光学要素9が結像される光線7を伝送しレーザ光線8を反射するようにハウジング22に位置し、
AGRIN板5は、レーザ光線8が、ハウジング22に直角に届くように、ハウジング22に設けられていて、そしてAGRIN板5の後ろに、ハウジング22内に、光学要素9を透過したレーザ光線8の光を吸収するフィルタ12が配置されていることを特徴とする、複数平面への像形成装置。
A laser light source, two holders that slide in orthogonal directions, an optical element that transmits imaging light over a wide spectral range and reflects the laser light, an AGRIN plate, and a laser-transmissible filter are mutually fixed. In a device that creates an image on multiple planes, using a varifocal lens, with a housing that holds the parts at a distance.
The laser light source is a fiber optical collimator 17 connected to an external laser, and the fiber optical collimeter 17 is a sliding holder 18 operated in two directions orthogonal to the direction of the laser beam 8 emitted from the laser light source. It is provided in
The laser light source is fixed to the sliding holder 18 by a clamp 19.
The optical element 9 is located in the housing 22 so as to transmit the light beam 7 on which the optical element 9 is imaged and reflect the laser beam 8.
The AGRIN plate 5 is provided in the housing 22 so that the laser beam 8 reaches the housing 22 at right angles, and behind the AGRIN plate 5, the laser beam 8 that has passed through the optical element 9 in the housing 22. An image forming apparatus on a plurality of planes, characterized in that a filter 12 for absorbing light is arranged.
前記レーザ光源がダイオードレーザ23であることを特徴とする、請求項7に記載の複数平面への像形成装置。 The image forming apparatus on a plurality of planes according to claim 7, wherein the laser light source is a diode laser 23. 外部レーザに接続されているファイバ光学コリメータ17’’である追加光源がハウジング22内に設けられていて、ファイバ光学コリメータ’’は、レーザ光線8’’の方向に直交する2方向に操作する、摺動するハンドル18’’に設けられていて、レーザ光線8’’は、摺動するハンドル18’’にクランプ19’’を用いて取り付けられている光源から出ていて、
前記ハウジング22’及び22’’に設けられている光学要素24は、レーザ光線8を伝送しレーザ光線8’’を反射し、レーザ光線8及びレーザ光線8’’は光学要素9に平行であり、光学要素24によって直角に誘導される光の一部は光学要素9に向かって誘導されそしてハウジング要素22’によって吸収される
ことを特徴とする、請求項7に記載の複数平面への像形成装置。
An additional light source, which is a fiber optical collimator 17'' connected to an external laser, is provided in the housing 22, and the fiber optical collimator'' is operated in two directions orthogonal to the direction of the laser beam 8''. The laser beam 8'' provided on the sliding handle 18'' is emitted from a light source attached to the sliding handle 18'' using a clamp 19''.
The optical elements 24 provided in the housings 22'and 22'transmit the laser beam 8 and reflect the laser beam 8', and the laser beam 8 and the laser beam 8'are parallel to the optical element 9. The image formation on a plurality of planes according to claim 7, wherein a part of the light guided at right angles by the optical element 24 is guided toward the optical element 9 and absorbed by the housing element 22'. apparatus.
前記レーザ光源がダイオードレーザ23’’であることを特徴とする、請求項7から9のいずれか一項に記載の複数平面への像形成装置。 The image forming apparatus on a plurality of planes according to any one of claims 7 to 9, wherein the laser light source is a diode laser 23 ″. 前記光学要素9がダイクロイックミラーであることを特徴とする、請求項7から9のいずれか一項に記載の複数平面への像形成装置。 The image forming apparatus on a plurality of planes according to any one of claims 7 to 9, wherein the optical element 9 is a dichroic mirror. 前記光学要素9が偏光キューブであることを特徴とする、請求項7から9のいずれか一項に記載の複数平面への像形成装置。 The image forming apparatus on a plurality of planes according to any one of claims 7 to 9, wherein the optical element 9 is a polarized cube.
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